Transcript Mineraalid ja kivimid

Mineraalid ja kivimid
Uus maakoore materjal tekib
kristalliseerumisel keemilistest
elementidest ja ühenditest kui kindla korra
järgi üles ehitatud struktuur
Kaks taset --mineraalid ja kivimid
Mineraalid
• Ühest või mitmest keemilisest elemendist
koosnevad struktuurid
• Looduses ligi 3000, laiema levikuga umbes 50
• Määramine sarnane taimede või putukate
määramisega
• Diagnostilised tunnused. Määramine väliolukorras
• Laboratoorsed füüsikalised mõõtmised
Mineraalide diagnostilised tunnused
•
•
•
•
•
•
•
•
Kristallide kuju
Värvus
Kriipsu värvus
Läige (sõltub läbipaistvusest)
Lõhevus
Tihedus
Magneetilisus
Kõvadus
Kõvaduse Mohs’I skaala
Friedrich Mohs (1773-1839)
•
•
•
•
•
•
1- talk
6- ortoklass
2- kips
7- kvarts
3- kaltsiit
8- topaas
4- fluoriit
9- korund
5- apatiit
10- teemant
määramisel kriimustatakse mineraali pinda skaala
mineraalidega või vastupidi. Vaadatakse mis mida
kriimustab
Värvus
• Varieeruv
• Sõltuvalt lisandelementide e. kromofooride sisaldusest
võib mineraal olla erinevat värvi
• Kromofoorid jaotuvad ebaühtlaselt ja muudavad mineraali
kirjuks
• Osa mineraale alati ühte värvi: väävel kollane, malahhiit
roheline
• Kriipsu värvus iseloomustab värvust pulbrina
Kuld
Teemant
Bariit
Ametüst
Dolomiit
Kristallide sümmeetria
Jevgraf Fjodorov (1853-1919) 1890. A.
•
•
•
•
Aineosakeste võimalikud paigutuse variandid kristallides
32 sümmeetriaklassi
Tahkude, servade, nurkade seaduspärane kordumine
Teoorias tähtsaimad elemendid sümmeetriatelg,
sümmeetriapind ja sümmeetriakese
• Sümmeetria omadustest lähtuvalt kõik kristallid 7
kristallograafilisse süngooniasse -- kuubiline,
heksagonaalne, tetragonaalne, trigonaalne, rombiline,
monokliinne ja trikliinne
Tardkivimid
• Kivimid on kindla koostise ja ehitusega mineraalide
kogumid maakoores
• Sõltuvalt tekkeviisist eristatakse tardkivimeid,
settekivimeid ja moondekivimeid
• Tardkivimid tekivad magma tardumisel
• Mineraalide suurus kajastab kristalliseerumise kiirust
• Aeglase kristalliseerumise korral jämedateralised kivimid
• Kiire kristalliseerumise korral peeneteralised
• Väga kiirel tardumisel klaasjas amorfne mass
•
Kivimi tekstuur
• Kivimi koostisosade paigutus ruumis
• Ühtlane e. massiivne tekstuur. Omane süvakivimitele e.
abüssaalsetele
• Fluidaalne e. voolustruktuur omane purske e. efusiivsetele
kivimitele
• Poolsüvakivimid tardunud väiksemas sügavuses ja
väiksema rõhu all ning peeneteralisemad
• Massiivse tekstuuriga intrusiivsed kivimid - tekkinud
maakoorde tunginud magma tardumisel
Kivimikehad
• Suuri kivimimassiive nim. kivimikehadeks
• Intrusiivsete kivimite lasumusvormid - batoliidid, stokid,
lakoniidid, kihilised intrusiivsed sillid
• Mineraalid tardkivimites jagatakse suhtelise osatähtsuse
järgi
• - peamised e. kivimit moodustavad mineraalid
• - aktsessoorsed mineraalid, mis esinevad kui väikesed
lisandid
• - sekundaarsed mineraalid, tekivad kahe eelmise rühma
mineraalide muutumisel
Graniit
Kimberliit
Settekivimid
• Kivimite muundumise tsükkel maakoore ülemistes kihtides
- tardkivimite murenemine - settekivimite moodustumine moondekivimite tekkimine
• Tasakaal kivimi ja ümbritseva keskkonna vahel. Sügaval
tekkinud tardkivimid murenevad pinnale kerkides
temperatuuri kontrastide, tuule, vee ja biosfääri toimel
• Murendatud mass paigutub ümber
• Algselt pude ja kobe sete
• Sette tsementeerumine ja üleminek kivimiks kestev
aeglane protsess
Settest kivimiks
• Litogeneetiliste muutuste kaks olulist staadiumi -diagenees
ja katagenees
• Diageneesi varasem etapp - süngenees (syn = samaaegne).
Füüsikalis-keemilised tingimused vastavad
settimiskeskkonna omadele. Süngenees toimub settinud
materjali ülemises 10-15 cm kihis. Bakterid lagundavad
orgaanilist ainet ning oksüdeerivad sulfiidid sulfaatideks ja
ammoniaagi nitraatideks.Difusioon. Mineraalse aine
konkretsioonide teke - bakterite tegevus.
• Diagenees edasi juba peallasuvate setetega kaetud kihis.
Ümberkristalliseerumine ja tsementeerumine.
Katagenees
•
•
•
•
•
Katageneesi alguseks on setetest juba saanud settekivimid
Nende lõhedes ja poorides ringlevad põhjavesi ja gaasid
Need võivad põhjustada olulisi keemilisi muutusi
Ümberkristalliseerumine (lubjakivi - dolomiit)
Vähem püsivad mineraalid muutuvad uute tingimustega
paremini tasakaalus oleva struktuuriga mineraalideks.
Progresseeruv katagenees - kivimite temperatuur ja rõhk
kasvavad
• Regresseeruv katagenees - kivimite rõhk ja temperatuur
kahanevad (maakoore osade kerkimise tõttu)
Settekivimid ja moondekivimid
• Settekivimid moodustavad vahetult 5 % kivimitest
• Tardkivimid ja moondekivimid kokku 95 %
• Kivimite püsivuse jaoks oluline tasakaal
välistingimustega
• Setendite keskmine koostis 65 % graniidi ja 35 %
basaldi päritoluga
• Setendite koostis tardkivimitega võrreldes
mitmekesisem
Moondekivimid
• Pidevalt vajuvates piirkondades setendite paksus kuni 10
km. Alumised kihid suure rõhu all, millele geotermaalse
gradiendi tõttu lisandub kõrge temperatuur
• Võivad esineda maakoorde tunginud magma mõjud
• Vertikaalselt mõjuvale hüdrostaatilisele rõhule võib
lisanduda maakoore tektooniliste liikumiste tekitatud
horisontaalne ja kaldu suundades mõjuv rõhk
• Metamorfism - sette ja tardkivimite ümberkujunemine
muutunud füüsikalis-keemiliste tingimuste tõtu
• Metamorfsed e. moondekivimid
Metamorfism
• Metamorfism toimub pühjavee tsirkulatsiooni tsoonist
sügavamal
• Puutemoone termilise metamorfismi tõttu magmakollete
lähedal, n. lubjakivi jämedateraliseks marmoriks.
Temperatuuri tõustes hakkavad tekkima soojust neelavad
mineraalid
• Pneumaatiline metamorfism magmakoldest ümbritsevate
kivimite lõhedesse tunginud gaaside ja veeauru toimel
• Hüdrotermiline metamorfism kuumade mineraliseeritud
vesilahuste toimel
• Siirdemoone, rõhu e. dünamometamorfism
Moondekivimite klassifitseerimine
• Moondeprotsessi läbivate kivimite struktuuri ja
metamorfismiprotsesside mitmekesisuse tõttu tekivad väga
erinevad moondekivimid
• Ei õnnestu rekonstrueerida mis millest mil viisil tekkis
• Pentti Eelis Eskola (1883-1964) 1921. A.
metamorfismifaatsiestele tuginev klassifikatsioon. Need on
antud metamorfismitingimustes tasakaalu saavutanud
süsteemid
• Sama keemilise ja mineraalse koostisega kivimist kujuneb
samades moondetingimustes alati üks ja sama mineraalide
kooslus
Endogeensed geoloogilised protsessid
• Kõiki protsesse, mis kujundavad maakoore välimust nim.
geoloogilisteks
• Maa sisejõududest genereeritud geoloogilised protsessid
endogeensed
• Maa välispinnal mõjuvatest jõududest genereeritud
geoloogilised protsessid eksogeensed
• Kulutuse e. denudatsiooniprotsessid ja kuhjumise e.
akumulatsiooniprotsessid
• Biosfäär geoloogiline tegur oma tekkimisest alates
• Tänapäeval ka inimkond geoloogiline tegur
Kaasaegne laamtektoonika
Kivimikihtide kurrutus
Kivimikihtide lainetamine
Tektoonilised liikumised
• Neotektoonilised -kvaternaaris ja neogeenis (kuni 27 milj.
a tagasi)
• Kõikuvliikumised - suuri piirkondi haaravad kerkimised
või vajumised. Eesti Fennoskandia jääaja järgse kerkimise
tsoonis
• Rannajoone taandumine - regressioon
• Mere tungimine sisemaa suunas - transgressioon
• Kurrutumine - kivimikihtide lainetaoline paindumine ilma
nende pidevuse katkemiseta
• Geosünklinaalid - kurrutuste toimumise piirkonnad
Kurrutused
• Kumerad kurrud - antiklinaalid
• Vaondid - sünklinaalid
• Kurdusid tekitavaid maasiseseid horisontaaljõude tekitavad
suure paksusega settekivimite massiivide kerkimised ja
vajumised
• Kurrutuse intensiivsus on tavaliselt ajas väga muutuv
• Globaalse mastaabiga tsükliliselt toimuvad kurrutused
• Tingitud vahevöö konvektsiooni ümberhäälestumistest
• Faktide varal jälgitavad 5 suuremat kurrutust
Suuremad kurrutused
• Baikali kurrutus - enne Vanaaegkonna algust. Baikalimaa
mäestikud, Adelaide mäed Austraalias
• Kaledoonia kurrutus -Vanaaegkonna alguspoolel.
Skandinaavia, Šotimaa, Apalatši mäed, Altai, Sajaanid,
Tjan-Šan
• Hertsüünia kurrutus - Vanaaegkonna lõpul. Mäestike ahel
Uraalist Austraaliani
• Kimmeri e. Vaikse ookeani kurrutus - Keskaegkonnas,
juura ja kriidi ajastul Vaikset ookeani ümbritsevad mäed
• Alpi kurrutus Keskaegkonna lõpul alanud
Suuremad kurrutused (järg)
• Alpi kurrutuse ajal tekkinud Alpid, Apenniinid, Karpaadid,
Krimmi ja Kaukaasia mäed, Atlase mäed ja enamik
mäestikke Väike-Aasiast kuni Malaka poolsaareni.
• Iga kurrutustsükli ajal aktiviseerunud vulkaaniline tegevus
ja maakoor olnud rahutum kui kurrutuste vaheaegadel
• Reljeefi olulise muutmise kaudu põhjustavad kurrutused
kliima muutumist
Rebendrikked
• Rebendrikked e. disjunktiivsed dislokatsioonid on
liikumised., mille puhul rikutakse lõhedega maakoore
kivimite kihtide ja massiivide terviklikkust. Eelduseks
kivimite jäikus
• Enam-vähem paralleelsed lõhede süsteemid aluspõhja
kivimites
• Eestis sagedamini kirde-edela ja loode kagu suunalised
• Lõhed erineva vertikaalse ja horisontaalse ulatusega.
• Suurema mastaabiga lõhede süsteeme nim. Tektoonilisteks
rikkevöönditeks
Murrangud
• Rebendrikkeid, milles mööda lõhepindu toimub
kivimiplokkide liikumine teineteise suhtes nim.
Murranguteks
• Kahele poole murrangutiivad
• Kerkiv plokk - ülang, laskuv plokk - alang
• Ka plokkide horisontaalne liikumine teineteise suhtes
Geokronoloogia meetodid
• Nagu ajalooos nii ka geoloogias tähtis kronoloogia
• Suurem eesmärk - kogu geoloogiliste sündmuste jada
mõtteline rekonstrueerimine ja dateerimine
• James Hutton (1726-1797) “Maa teooria”. Teadusliku
geoloogia alusepanija.
• Uniformismi printsiip - kaasajal kehtivad füüsika, keemia,
bioloogia ja geoloogia seaduspärasused on samamoodi
kehtinud ka minevikus ja Maad kujundavad protsessid
teinud seda kaua aega sarnaselt.
• Charles Lyell (1797-1875) “Geoloogia alused”
Maa vanuse määramise katsed minevikus
• 1669 Nicolaus Steno - iga maakoore kiht on vanem kui
vahetult tema peal lasuv kiht. Kihtide piknemist hea uurida
sügavates kanjonites. Kihistus ei ütle kui kaua aega ühe või
teise kihi ladestumiseks kulus.
• Edmund Halley, 1715, üritas määrata ookeanide vanust
soolsuse alusel. Eeldas, et soolad kantakse ookeani
mandritelt vooluvetega. Ookeanidest aurab õhku puhas
vesi.
• William Thomson, 1900, arvutas Maa vanuse tema
jahtumise kiiruse põhjal. Sai 40 milj. aastat
Fossiilid abiks dateerimisel
• Suhteline dateerimine annab kihtide ajalise järjestuse.
• Paleontoloogia meetodid võimaldavad sündmusi õigesti
järjestada ka siis kui kihistus on deformeerunud ja ümber
paiknenud.
• Korrapäraselt paiknevas kihistuses leitud fossiilid
võimaldasid selgitada nende Maal eksisteerimise ja
domineerimise järjestuse.
• J. Philips leidis 1840. A., et Maal elanud makroskoopilise
elu vormid jaotuvad kolme üsna selgelt eristuvasse klassi.
Praegu nimetame neid Vanaaegkonnaks, Keskaegkonnaks
ja Uusaegkonnaks. Kõiki kolme Fanerosoikumiks.
Fossiilid
• Fossiilide liigilise koostise järgi on maakoore settekivimid
jaotatud kindlatele ajalõikudele vastavateks ajalisstratigraafilisteks üksusteks.
• Üksuste piirid vastavad olulistele muutustele Maa floora ja
fauna liigilises koostises.
• Mida nooremad kihid ja mida kontrastsemad muutused
seda detailsem stratigraafiline skaala.
• Säilinud on fauna koorikud ja karkassid ning taimede
tüved.
• Ajast enne Fanerosoikumit vähe säilinud.
Absoluutne ajaarvestus
• Absoluutse ajaarvestuse meetodite ülesandeks on määrata
geoloogiliste sündmuste toimumise aeg ja kestus ning
kivimite vanus aastates.
• Absoluutse ajaarvestuse aluseks radioaktiivsete isotoopide
lagunemise seaduspärasustel põhinevad meetodid.
• Antoine Henri Becquerel (1852-1908) avastas 1896
loodusliku radioaktiivsuse
• Pierre Curie (1859-1906) ja Ernest Rutherford (1871-1937)
pakkusid seda püsiva kiirusega kulgevat protsessi aja
mõõtmise vahendiks
Primaarsed kivimite vanuse määramise meetodid
• Primaarsete meetodite puhul määratakse uuritavas kivimis
radioaktiivsete (lagunevate) elementide ja lagunemise
lõpp-produktide sisaldused.
• Statistiliselt kulgeb radioaktiivne lagunemine
eksponentsiaalse seaduse kohaselt
Nt = N0e-lt
• l - radioaktiivse lagunemise konstant, t -aeg. Konstandi
asemel kasutatakse enamasti pooliga T
• Poolea väärtus määrab vanuse määramise diapasooni.
Kivimite absoluutne kronoloogia
• Eeldus, et ei algisotoobi ega lõpp-produkti sisaldus ei
muutuks muudel põhjustel peale radioaktiivse lagunemise.
• Radioaktiivne kell ei näita alati “õiget aega”.
• Gaasilised lõpp-produktid ei säili kivimites täielikult.
• Pliimeetod U238 –> Pb206 annab häid tulemusi
mineraalide puhul, milles algselt palju U ja Th ning vähe
Pb.
• Suhteliselt noorte kivimite ja orgaaniliste säilmete
dateerimiseks sobib süsinikumeetod: C14 beeta
lagunemise teel N14.
Süsinikumeetod
• Willard F. Libby (1908-1980) süsinikumeetodi avastamise
eest Nobeli preemia
• C14 tekib atmosfääri ülakihtides kosmiliste kiirte toimel.
Kõik süsinikuühendid oksüdeeruvad atmosfääris CO2.
Biosfäär omastab radioaktiivset CO2 koos tavalisega.
Pideva loodusliku ringluse käigus püsib C14 tase
stabiilsena.
• Surnud organismides C14 juurdevool lakkab ja
elusorganismides konstantsena püsinud C14 / C12 suhe
hakkab kahanema. Analoogne olukord on atmosfääris Be10
isotoobiga.
Geoloogiline ajaskaala
• Geoloogiline ajaskaala põhijoontes 19. saj. Euroopa , eriti
Suurbritannia , geoloogide töö tulemus. Hiljem
täpsustatud. Praegu toimub seostamine Maa
evolutsiooniga.